當前的許多電池，都采用了大同小異的陰陽雙電極結構，中間采用了非導體隔離。不過現在，康奈爾大學的工程師們開發出了一種不同尋常的新結構，因其采用了相互交織的旋渦狀結構、并且擁有瞬時充電的特性。這項新技術基于一套復雜的多孔形狀——螺旋24面體（gyroid）——在此之前，它經常被用于制造“二維奇跡材料”石墨烯。

此外，新電池還采用了超薄碳膜（盡管還沒法和石墨烯相提并論），借助了一種稱作“嵌段共聚物”（blockco-polymer）的自組裝工藝。

這種碳基螺旋24面體組成了電池的陽極，其中包含了數千個孔，每個孔大約有40nm寬。

這些氣孔被涂上了大約10nm厚的分離層、接著加入硫陰極、最后用一種叫做PEDOT的導電聚合物來填充最后一部分空隙。

每個細孔都可以儲存和傳遞能量，與微型電池很是類似。但通過將它們分散到螺旋體的巨大表面積上，新架構的能量密度，比傳統電池設計要大得多。

研究人員稱，在實際操作中，這意味著電池可以在幾秒鐘、甚至更快的時間內完成充電！首席研究員UlrichWiesner表示：

這種三維結構，基本上消除了設備中的所有容積損耗。

更重要的是，相互滲透的領域縮小到了納米尺度，所以我們才能指數般提升能量密度。

換言之，與傳統電池結構相比，你可以在更短的時間內獲得能量。

即便如此，新設計也不是沒有缺陷。當電池在充放電時，硫會發生膨脹、而PEDOT部分不會。隨著時間的推移，后者會逐漸發生損耗。Wiesner指出：

當硫膨脹的時候，這些微小的聚合物會被撕成碎片。當它再次收縮時，無法重新連接。這意味著3D電池的一部分無法再被利用到。

當前團隊正在努力搞定這個問題，同時尋求一項關于概念驗證的專利。有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《能源與環境科學》（Energy&EnvironmentScience）期刊上。